Linux 下網路 IO 的多路復用

2019-10-20

關鍵字：select 與 poll

在 linux 系統下，io 總共可以分為以下四種：

1、阻塞 io；

2、非阻塞 io；

3、io多路復用；

允許同時對多個 io 進行控制。

4、訊號驅動 io；

一種非同步通訊模型。前面三種 io 都是同步型的，唯這一種是非同步型的。

阻塞 io

所謂阻塞 io 就是在呼叫相關函式時，程式的執行指標會暫停往下執行，直至這個 io 操作有結果返回為止。簡單來說就是我發起乙個 io 操作請求，你有資料就返回給我，沒資料我就等你到有資料為止。

阻塞型 io 是最普遍使用的 io 模式，大部分的程式都是使用這一模式的。套接字在預設情況下使用的就是阻塞 io 模式。

常見的阻塞模式函式有：read, recv, recvfrom, write, send, accept, connect。這裡需要強調，sendto 函式是非阻塞型的。

非阻塞 io

非阻塞型 io 比較乾脆。當它發起乙個 io 請求時，若 io 有資料就返回結果，若無資料則程式指標就繼續往下執行了，不會死等的。

我們可以通過兩個函式來切換阻塞型與非阻塞型 io。

1、fcntl()

假設我們需要將阻塞型 io 設定為非阻塞型 io。

int flag;

flag = fcntl(sockfd, f_getfl, 0);

flag |= o_nonblock;

fcntl(sockfd, f_setfl, flag);

這樣一來一去，就將 io 形式給更改過來了。

2、ioctl()

int b_on = 1;

ioctl(sock_fd, fionbio, &b_on);

io 多路復用

io 多路利用其實就是 c 程式設計中的 select/poll 模型和 epoll 模型。

select 函式：

select 函式的作用就是將原本需要單獨分別監聽阻塞資源統一交由 select 來監聽。每當被 select 所監聽的資源有資料波動時，select 會採用輪詢的方式去找出哪個阻塞資源有資料過來了。並將這些有資料波動的資源儲存起來，然後中斷 select 函式的阻塞態，執行後面的**。select() 函式的原型如下：

int select(int nfds, fd_set *readfds, fd_set *writefds, fd_set *exceptfds, struct timeval *timeout);

這個函式是乙個阻塞函式。當它返回值 0 時表示等待超時。返回值 -1 時表示等待失敗。返回值大於 0 時表示成功監測到訊號。

引數 nfds 是指 fd 的個數。由於在 linux 中，檔案描述符總是順序遞增增長的，因此這個引數也可以填入最大檔案描述符號的值再加一。即 maxfd + 1。

引數 readfds 是讀集合。

引數 writefds 是寫集合。

引數 exceptfds 是異常集合。

引數 timeout 是超時時長。這個引數沒特殊需求的話建議填 null。null值會讓 select() 一直處於等待狀態永不超時。

fd_set 是系統定義的用於存放檔案描述符的資訊的結構體，可以通過以下幾個函式來設定：

1、void fd_zero(fd_set *fdset);

對指定集合清零。

2、void fd_set(int fd, fd_set *fdset);

將 fd 加入到 fdset 集合中去。

3、void fd_clr(int fd, fd_set *fdset);

從集合中清除指定的 fd。

4、int fd_isset(int fd, fd_set *fdset);

判斷指定的 fd 是否可以讀寫。

對於 select 函式中，writefds 與 exceptfds 通常都填 null。同時，對於 select() 之前與之後的 fd_set 集合，它所包含的內容是不一樣的。在 select() 之前，我們會往 fd_set 集合中填入所有我們想監聽的資源 fd，但在 select() 之後，對應的 fd_set 集合中的資料就已經發生了變化。通常可以理解為只有有資料波動的資源集合才會出現在 select() 以後的**中。

以下是乙個運用 select() 來復用 tcp 程式設計的偽**：

以下貼出乙個運用 seletct() 模型監聽2個udp連線的客戶端與服務端的**：

#include #include 
#include 
#include 
#include 
#include 
#include 
in.h>#include 
#include 
static
intsockfd1;
static
intsockfd2;
void
main()
else
if(fd_isset(sockfd2, &fdset))
else}}

select監聽udp服務端

#include #include 
#include 
#include 
#include 
#include 
#include 
in.h>#include 
#include 
#include 
void
main()
sin2.sin_family =af_inet;
sin2.sin_port =htons(p2);
if(inet_pton(af_inet, "
127.0.0.1
", (void *)&sin2.sin_addr) != 1
)    
char *buf;
char cmd[5
];    
intfd;
struct socketaddr *sin;
while(1
)    
if(strlen(cmd) == 2
)        
else
if(*cmd == '2'
)            
else
}else
if(strlen(cmd) == 1
)        
sendto(fd, buf, strlen(buf), 
0, sin, sizeof
(sin1));}}

select監聽udp客戶端

以上示例**的功能是：服務端利用 select() 監聽2個udp埠。客戶端通過鍵盤輸入決定給哪個埠傳送資料，以此演示 select() 模型。

這裡額外提一點：當 select() 模型監聽到有事件發生時，最好將這一事件消費掉，即上例中在監聽到有 udp 訊息過來時，一定要通過 read() 將訊息讀出來。否則 select() 函式將在下一次監聽時立即返回。

poll 函式：

int poll(struct pollfd *fds, nfds_t nfds, int timeout);

函式執行成功時返回大於0的值，失敗時返回 eof，超時返回值0。

引數 pollfd 是乙個系統結體體，它的原型如下：

struct pollfd ;

引數 nfds 與 timeout 就不再贅述了。

以下是乙個示例程式，程式來自於

epoll 函式：

略。訊號驅動 io

略。

Linux 下網路 IO 的多路復用

I O多路復用

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